在寫Verilog TestBench，為了更方便更抽象地對底層模塊內部的信號進行控制，經常會使用到跨模塊調用的方式，這個就叫做Cross Module Reference，縮寫為XMR。

本文就XMR的兩種方式做介紹，涉及部分基礎的Verilog 知識。

在TB當中，直接對DUT(Design under Test)的信號進行讀寫是很常見的操作。以一個簡單的計數器例子為例：

定義一個模塊名為a（取名比較隨意），功能是帶使能和異步復位的計數器，描述如下：

reg [31:0] cnt_r;

assign count = cnt_r;

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
if (rst)
cnt_r <= 'd0;
else if (en)
cnt_r <= count + 32'd1;
end

同時定義一個模塊名為b，功能是帶使能、置位和異步復位的計數器，描述如下：

reg [31:0] cnt_r;

assign count = cnt_r;

always @ (posedge clk or posedge rst)
begin
if (rst)
cnt_r <= 'd0;
else if (set)
cnt_r <= load_val;
else if (en)
cnt_r <= count + 32'd1;
end

同時創建一個wrapper將模塊b例化，并在TB中完成簡單的測試工作：

`include "macros.v"

module tb;

reg clk ;
reg rst ;
reg en ;
reg set ;

wire [31:0] a_cnt;
wire [31:0] b_cnt;
wire [31:0] b_cnt1;

initial begin
clk = 0;
rst = 1;
en = 0;
set = 0;
#100
rst = 0;
#100
en = 1;
#100
set = 1;
#20
set = 0;
#100
$finish;
end

always #10 clk = ~clk;

initial
forever begin
#20
$display("Time: %t A_CNT: %d B_CNT:%d", $time, `A_MODULE_INST.count, `B_MODULE_NAME.count);
end

a a_inst(
.clk(clk) ,
.rst(rst) ,
.en (en) ,

.count (a_cnt)
);

b_wrapper b_inst(
.clk(clk) ,
.rst(rst) ,

.set(set) ,
.load_val(32'd20),
.en(en) ,

.count (b_cnt)
);

`ifdef B_MULT
b_wrapper b_inst_1(
.clk(clk) ,
.rst(rst) ,

.set(set) ,
.load_val(32'd40),
.en(en) ,

.count (b_cnt1)
);

`endif

endmodule

a和b模塊的XMR調用通過宏定義控制，在tb的display函數中使用。宏定義內容如下：

`define A_MODULE_INST tb.a_inst

`define B_MODULE_NAME b

//`define B_MULT

所以整體的層次結構如下：

• tb
  • a_inst (module a)
  • b_inst (module b_wrapper)
    • b_inst (module b)
  • b_inst_1 (module b_wrapper if define B_MULT)
    • b_inst (module b)

Hierarchical Reference

可以看到，a模塊的XMR方式是從頂層的tb開始，根據Instance name找到的例化的a模塊；這種根據結構和Instance Name跨模塊調用的方式叫做Hierarchical Reference， 這也是最常見的方式。

優缺點如下：

1. 在Verilog的一個module中，Instance Name是唯一的，所以該種方式指向性很明確，支持精細化地控制同一個module例化的不同模塊信號。
2. 但如果層次結構發生變化，或者Instance Name改變，會爆出Cross Module Reference Error。

Upwards Name Referencing

b模塊的XMR方式則是直接定義了b模塊的模塊名，然后verilog開始從定義的頂層開始查找，沒找到就進入下一層繼續尋找，直到找到唯一的那個模塊名匹配的為止：

它的優缺點與Hierarchical Reference正好相反：

1. 不用擔心層次結構和Instance Name的變化會影響跨模塊調用。
2. 使用該方式需要保證唯一性，不然也會爆出Cross Module Reference Error。

實驗結果如下：

在未定義B_MULT時：

定義B_MULT時：

總結：

Hierarchical Reference方式嚴謹但無靈活性，操作上可實現精細化控制，支持多模塊；Upwards Name Referencing方式靈活，但只支持單模塊，應用場景限制高。

所以，這也是Hierarchical Reference應用廣泛的原因吧，如果不是最近犯錯，我可能都不會注意到另一種XMR方式。